2019-2020學年人教版(2019)必修二8.5實驗：驗證機械能守恒定律達標作業(yè)(解析版)

1、8.5實驗：驗證機械能守恒定律達標作業(yè)（解析版 ）1用圖示裝置驗證機械能守恒定律，由于安裝不到位，電火花計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大的阻力，這樣實驗造成的結果是（ ）A 重力勢能的減小量明顯大于動能的增加量 B重力勢能的減小量明顯小于動能的增加量 C重力勢能的減小量等于動能的增加量 D以上幾種情況都有可能2用 DIS 實驗研究機械能守恒定律的實驗中，用光電門測定擺錘在某-位置的瞬時速度。實驗測得 D 點的速度偏小，造成這個誤差的原因可能是A 擺錘釋放的位置高于A點B擺錘釋放的位置在AB 之間C擺錘在 A 點沒有靜止釋放D光電門沒有放在 D 點3如圖為驗證機械能守恒定律的

2、實驗裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘 .回答下列問題：(1) 為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有 .(填入正確選項前的字母 )A 米尺B秒表C低壓直流電源D低壓交流電源(2) 實驗中產生誤差的原因有： (寫出兩個原因即可 ).(3) 實驗中由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，這樣 將造成 .A不清楚1 2 1 2 1 2 B mgh> mvCmgh< mv D mgh mv4某課外活動小組使用如圖所示的實驗裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗，主要步 驟：A 、用游標卡尺測量并記錄小球直徑 dB、將小球

3、用細線懸于 O 點，用刻度尺測量并記錄懸點 O 到球心的距離 lC、將小球拉離豎直位置由靜止釋放，同時測量并記錄細線與豎直方向的夾角D、小球擺到最低點經過光電門，光電計時器(圖中未畫出)自動記錄小球通過光電門的時 間 tE、改變小球釋放位置重復 C、 D 多次F、分析數(shù)據(jù)，驗證機械能守恒定律 請回答下列問題：10°20°30°40°50°60°cos0.980.940.870.770.640.50t/ms18.09.06.04.63.73.1v/ms-10.541.092.132.653.16v 2/m2s-20.301.194.54

4、7.029.99（3）某同學為了作出 v 2- cos圖像，根據(jù)記錄表中的數(shù)據(jù)進行了部分描點，請補充完整并作出v 2- cos圖像（ ）（4）實驗完成后，某同學找不到記錄的懸點 O 到球心的距離 l 了，請你幫助計算出這個數(shù)據(jù)l =m （保留兩位有效數(shù)字） ，已知當?shù)刂亓铀俣葹?9.8m/s2 。5在研究重物自由下落過程中機械能守恒的實驗中，得到如圖所示的一條紙帶，該紙帶上 最初打出的幾個點不清楚，紙帶上留下的是后面的一些點算出打下B、C 兩點時，重物速度分別是 vB、vC，量得 B、C 兩點間的距離為 h，那么驗證機械能守恒的表達式可寫為 （）AghvC2vB2gh12 1 2B2vC 2

5、vBCvCvBaTD2 vC2 vB2gh6用如圖所示的裝置來驗證機械能守恒定律， A 為裝有擋光片的鉤碼，擋光片寬度為 b， 輕繩跨過光滑輕質定滑輪與 A和重物 B 相連， A的質量是 B 的質量的 3倍，A、B 靜止時擋 光片上端到光電門的距離為 h(h> >b)。由靜止釋放 B 后，擋光片經過光電門的擋光時間為t，重力加速度為 g.(1) 實驗中，將擋光片通過光電門的平均速度當作 A下落 h 時的瞬時速度，該速度表達式為 ( 用題中所給字母表示 )。(2) 為減小擋光片通過光電門的平均速度與 A 下落 h 時的瞬時速度間存在的誤差，下列做法 中可行的是 (填選項序號字母 )

6、。A 將 B 改換成密度小而體積大的重物B 減小擋光片的擋光寬度 bC增大擋光片的擋光寬度 bD 減小擋光片上端到光電門的距離h(3) 在 A下落 h的過程中，驗證 A和 B的系統(tǒng)機械能守恒定律成立的表達式為 ( 用題中所給字母表示 )。7在 “驗證機械能守恒定律 ”的實驗中：(1) 將下列主要的實驗步驟，按照實驗的合理順序把步驟前的序號補充填在題后橫線上：A 用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器處；B將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點計時器的限位孔；C取下紙帶，在紙帶上任選幾點，測出它們與第一個點的距離，并算出重物在打下這幾個 點時的瞬時速度；D接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落；E查出當

7、地的重力加速度 g 的值，算出打下各計數(shù)點時的動能和對應減少的重力勢能，比 較它們是否相等；F把測量和計算得的數(shù)據(jù)填入自己設計的表格里答： FE（2）動能值和對應重力勢能的減少值相比，實際上哪個值應偏小些 答： 8甲實驗小組利用圖（ a）裝置探究機械能守恒定律將小鋼球從軌道的不同高度h 處靜止釋放，斜槽軌道水平末端離落點的高度為 H，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s（g 取10 m/s2）（1）若軌道完全光滑， s2與 h 的理論關系應滿足 s2=（用 H、 h表示）（ 2）圖（ b）中圖線 為根據(jù)實驗測量結果，描點作出的s2h 關系圖線；圖線 為根據(jù)理論計算得到的 s2h 關系圖線對比實驗

8、結果，發(fā)現(xiàn)自同一高度靜止釋放的鋼球，實際水平拋出的速率 （選填 “小于”或“大于”）理論值造成這種偏差的可能原因是 乙實驗小組利用同樣的裝置 “通過頻閃照相探究平拋運動中的機械能守恒 ”將質量為 0.1 kg 的小鋼球 A由斜槽某位置靜止釋放，由頻閃照相得到如圖（c）所示的小球位置示意圖， O 點為小球的水平拋出點（ 3）根據(jù)小球位置示意圖可以判斷閃光間隔為 s4)以 O 點為零勢能點，小球 A 在 O 點的機械能為 J；小球 A 在 C 點時的重力勢能為 J，動能為 J，機械能為 J9某實驗小組用圖甲實驗裝置驗證鉤碼與滑塊組成的系統(tǒng)機械能守恒，主要步驟如下： 鉤碼的質量為 m，用天平測量滑塊

9、和遮光條的總質量為M，用游標卡尺測量遮光條的寬度d，用刻度尺測量兩光電門之間的距離s； 調節(jié)旋鈕使氣墊導軌水平，同時調節(jié)輕滑輪使細線水平； 釋放滑塊，用計時器分別測出遮光條經過光電門 A 和光電門 B 所用的時間 tA 和tB。請回答下列問題：(1) 測遮光條的寬度 d 時，游標卡尺的示數(shù)如圖乙所示，則 d=cm 。(2) 若系統(tǒng)機械能守恒，則 mgs=(用 M、m、d、tA 和tB 表示) 10某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置米驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒。(1) 實驗前調整氣墊導軌底座使之水平。(2) 如圖乙所示，用游標卡尺測得遮光條的寬度 d=cm， 實驗時將滑塊從圖示位置由靜

10、止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間t .則滑塊經過光電門時的瞬時速度為_(用測量的物理量符號表示 )。在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質量m、滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離x 和_ (文字說明并用相應的字母表示 )。(3) 本實驗通過比較 和在實驗誤差允許范圍內相等 (用測量的物理量符號11小明同學用如圖所示裝置驗證機械能守恒定律，輕繩兩端跨過轉軸光滑的輕滑輪系著質量均為 M 的重物 A和 B，將質量為 m的小砝碼 C 掛在在物體 B上， B下方距離為 h處固定 一個光電門，物塊 B 裝有一寬度很小的擋光片，測得擋光片寬度為d，將系統(tǒng)靜止釋放，當擋光片通過光電門(固定

11、光電門的裝置未畫出)時，可通過計算機系統(tǒng)記錄擋光時間 t。改變高度差 h，重復實驗，采集多組 h和t 的數(shù)據(jù)。(1) 若某次記錄的擋光時間為 t1，則擋光片到達光電門處時 B 的速度大小為 _。(2) 小明設想，為了確定 t與 h的關系，可以分別對 t與 h取對數(shù)，并以 lgt為縱軸，以 lg h為橫軸建立坐標系，得到的 lg t lgh 圖線為一直線，該直線的斜率為 _。(3) 若 lg t lgh 圖線與縱軸交點坐標為 c，若機械能守恒，可以得到該地重力加速度g=_。12在 “用 DIS 研究機械能守恒定律 " 的實驗中，某同學將傳感器固定在最低點，如圖（a）所示。該同學將擺錘從

12、不同位置由靜止釋放， 記錄擺錘每次下落的高度 h 和最低點的速度 v，作出了如圖（ b）所示的 v2-h 圖線，則該直線的斜率應為 ，計算擺錘在釋放點和最低點之間的勢能變化大小Ep 與動能變化大小 Ek，結果如下列表格所示 （重力加速度為 g）。Ep（×10-2J）4.899.7914.6919.5929.38Ek（×10-2J）5.0410.1015.1120.0229.85結果顯示 Ep與Ek 之間存在差異，他認為這并不是由于空氣阻力造成的，理由是參考答案1A【解析】由于重物下落時要克服阻力做功， 重物減少的重力勢能轉化為重物的動能和系統(tǒng)的內能， 故 重力勢能的減小量大

13、于動能的增加量， A 正確2BD【解析】詳解】若實驗測得 D 點的機械能明顯偏小，說明重錘低于 A 點才開始靜止釋放的，或未到 D 點就 開始測速度，因此不是重力勢能少些，就是動能小些A 擺錘釋放的位置高于 A點，與結論不相符，選項 A 錯誤；B擺錘釋放的位置在 AB之間，與結論相符，選項 B 正確；C擺錘在 A點沒有靜止釋放，與結論不相符，選項C 錯誤；D 光電門沒有放在 D 點，與結論相符，選項 D 正確。3 AD 見解析 B【解析】【詳解】 (1)1 在處理數(shù)據(jù)時需要測量長度，故需要米尺；電磁打點計時器工作時需要使用低壓交流電源；故 AD 正確 .(2)2 造成誤差的原因有： 紙帶和打點

14、計時器之間有摩擦 .用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差 . 計算勢能變化時，選取始末位置過近.交流電頻率不穩(wěn)定 .12(3) 3由于阻力作用，物體重力勢能的減少量大于動能的增加量，即 mghmv2，故 B 正2 確。1.0解析】詳解】 (1)1 游標卡尺的主尺讀數(shù)為 9mm，游標尺上第 16 個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數(shù)為 16×0.05mm=0.80mm ，所以最終讀數(shù)為： 9mm+0.80mm=9.80mm ；(2) 2 根據(jù)極短時間內的平均速度等于瞬時速度求出小球經過光電門時的速度為：1.63m/s9.80 10 則有：3 m/s6.0 10 3v2 2.66m

15、2 /s2(3) 4 先根據(jù)記錄表中的數(shù)據(jù)進行了描點，作出v2 cos圖像如圖：(4) 5 由 v2 cos圖像可得圖像斜率的絕對值為：10 01.0 0.520要驗證機械能守恒定律，必須滿足：mg(llcos)2 mv 2化簡整理可得：2v2 2gl 2glcos則有：解得：2gl k 20l 1.0m5B【解析】從 BC 的過程g m12 mvC22Bm12C11 2 1 2mvC2mvB2 ，所以需驗證的表達式為2 C 2 B12v2B，故 B正確， A、C、D錯誤；2故選 B6bgh2b21）1 A 經過光電門時的速度：2）2 A、運動過程中重物B 要受到空氣阻力作用，為減小實驗誤差，

16、應將B 改換成密度大而體積小的重物，故 A 錯誤；BC、擋光片的寬度越小，擋光片經過光電門時的平均速度越接近其瞬時速度，為減小實驗誤差，應減小擋光片的擋光寬度b，故 B 正確， C 錯誤；D、擋光片經過光電門的時間越短實驗誤差越小，為減小實驗誤差，應增大擋光片上端到光 電門的距離 h，故 D 錯誤；故選 B（3）3設 B 的質量為m，則 A 的質量為 3m，由機械能守恒定律得：123mgh mgh （3m m）v2整理得2gh=v2即：ghbt 27 BADC動能值【解析】【詳解】（1）1 實驗先進行器材的安裝，順序為： BA ，然后進行實驗，順序為： D，最后數(shù)據(jù)處理和 整理器材，為 CFE

17、 ，所以合理的順序為 BADCFE ； （2）2 在下落過程中需要克服阻力做功轉化為內能，故動能值偏小。8（1）4Hh2）小于 軌道與小球間存在摩擦或小球的體積過大（ 3）0.1（4）0.112 50.80.912 5 0.112 5【解析】（1）對于小球從靜止釋放到水平拋出這段曲線運動，運用動能定理研究得： 12mgh= mv解得： v 2ghH= 12gt2則有：對于平拋運動，運用平拋運動的規(guī)律得出：在豎直方向：解析】在水平方向： s=vt 由 得： s 2 Hh 所以： s2=4Hh（ 2）對比實驗結果與理論計算得到的s2-h 關系圖線中發(fā)現(xiàn)：自同一高度靜止釋放的鋼球，s2-h 關系圖線

18、中分析得也就是 h 為某一具體數(shù)值時，理論的 s2 數(shù)值大于實驗的 s2數(shù)值，根據(jù)平拋運動規(guī)律知道同高度運動時間一定，所以實驗中水平拋出的速率小于理論值從 出鋼球水平拋出的速率差十分顯著， 認為造成上述偏差的可能原因是小球與軌道間存在摩擦力， 或小球的體積過大造成的阻力過大； 由于摩擦阻力做功損失了部分機械能， 所以造成實 驗中水平拋出的速率小于理論值3）根據(jù) y=gT 2得： T0.1s，4）設 O 點下一個點為 B點，根據(jù)運動學公式得0.05 4 1m/ s ，水平初速度2 0.1小球0.05 3 1.5m/ s ，0.1所以小球 A 在 O 點的速度v0=1.5m/s，A 在 C 點時的

19、速度 vC152 (12 0.05 0.1 10)22 0.11 A 在 O 點的機械能 E0=0+ ×0.1 ×（1.5）2=0.1125 J2因 O 點為小球的水平拋出點，且以 O 點為零勢能點，則小球 A 在 C 點時的重力勢能為小球12 EP=mgh=-0.8J ；在 C 點的動能： EkC= mvc2=0.9125J；21小球 A 在 C 點時的機械能 EC= ×m×vc2+（-mgh0C） =0.9125-0.8=0.1125J點睛： 本題從新的角度考查了對機械能守恒實定律的理解，有一定的創(chuàng)新性， 很好的考查了學生的創(chuàng)新思維， 掌握平拋運動的處理方法， 平拋運動在水平方向上做勻速直線運動， 豎直方向上做自由落體運動90.5212(M m) dt2 dt22tBtA詳解】 (1)1 由圖可知 d=0.5cm+0.1mm ×2=0.52cm ；vAd tAdvBtB要驗證的關系式為：mgs1(M m)vB212(M m)v2A即122 ddmgs(Mm)(22 ) 。2tB2t2Ad1d10 0.52滑塊質量 Mmgx(m M )t2t(2)2 遮光條經過光電門A 和光電門 B 的速度分別為：解析】詳解】d=0.52cm ；(2)1 主尺：0.5cm，游標尺：